InGaN太阳能电池研究与制作

【摘要】：InGaN材料因其具有直接带隙、高吸收系数、抗辐射特性、连续可调的禁带宽度等优秀的光电特性，被认为是最有前景的太阳能电池材料。本文针对InGaN太阳能电池的设计制作问题进行了研究。首先，通过理论计算以及软件模拟，研究了PN结以及PIN结构太阳能电池吸收层中InGaN材料的最佳In组分值，以及部分层结构对电池性能的影响。其次，本文利用MOCVD设备主要探究了量子阱与其生长条件之间的关系，通过研究生长压力的影响，发现当压力从100Torr升高到400Torr时，量子阱中的In组分依次减少，晶体的结晶质量逐渐提高；在研究温度影响发现，量子阱生长对温度非常敏感，590℃，595℃和600℃三个温度虽然差距很小，但是对外延质量以及In组分的影响很大。通过研究量子阱数量为10、20个、30个周期的样品测试数据，发现量子阱数量增多顶层阱中In组分提高。研究了P型层生长速度的影响，发现在较快的生长速度下(TEG=60sccm)P型GaN电学性能更优异。最后，生长全结构外延片，制作器件并测试，发现所制作电池性能比较差，在2mm×2mm的器件上，Voc为1.33V，Jsc为0.012mA，效率仅0.12%。此外，对不同形状电极进行了研究，发现增加指叉间距、电极尽量靠近MESA边缘都能提高太阳能电池效率。 【关键词】：InGaN 量子阱 太阳能电池 MOCVD 外延
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 引言7-8
• 1.2 太阳能8
• 1.3 太阳能电池8-10
• 1.3.1 传统太阳能电池8-9
• 1.3.2 新型 InGaN 太阳能电池9-10
• 1.4 本文研究内容10-13
• 第二章 InGaN 太阳能电池理论基础13-31
• 2.1 太阳能电池理论13-19
• 2.1.1 太阳辐射谱13-14
• 2.1.2 太阳能电池基本原理14-16
• 2.1.3 太阳能电池特性与参数16-19
• 2.2 InGaN 太阳能电池19-29
• 2.2.1 InGaN 材料特性19-20
• 2.2.2 InGaN 材料的生长技术20-21
• 2.2.3 III-N 材料外延技术21-24
• 2.2.4 InGaN 太阳能电池的外延结构24-26
• 2.2.5 InGaN 及其他 III-N 常用测试方法26-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第三章 InGaN 太阳能电池的软件模拟31-45
• 3.1 wxAMPS 软件31
• 3.2 基本参数模型31-35
• 3.2.1 光学模型31-33
• 3.2.2 材料物理模型33-35
• 3.3 不同结构 InGaN 太阳能电池的模拟35-43
• 3.3.1 PN 结太阳能电池模拟35-38
• 3.3.2 PIN 异质结太阳能电池模拟38-39
• 3.3.3 中间带宽插入层对 InGaN 太阳能电池的影响39-43
• 3.4 本章总结43-45
• 第四章 InGaN 太阳能电池的制作45-65
• 4.1 器件外延生长研究45-57
• 4.1.1 InGaN 吸收层的外延生长45-46
• 4.1.2 不同生长压力下长的 MQW 比较46-50
• 4.1.3 不同生长温度下生长的 MQW 比较50-52
• 4.1.4 不同数量量子阱的比较52-53
• 4.1.5 不同生长速度对 P 型 GaN 性能影响53-55
• 4.1.6 PIN 太阳能电池全结构的外延生长55-57
• 4.2 器件制作57-63
• 4.2.1 制作流程57-58
• 4.2.2 测试分析58-60
• 4.2.3 电极形状对 InGaN 太阳能电池的影响60-63
• 4.3 本章总结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-74

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